(57)【要約】【課題】  信頼性の高い電源自立型の交通信号システムを提供する。【解決手段】  演算処理部３２は、照度検出部５０からの信号に基づいて、昼間および夜間のいずれであるかを判断する。夜間であれば、演算処理部３２は、信号灯の輝度を夜間モードまで抑制する輝度制御指令を電圧調整部３４へ出力する。また、昼間であれば、演算処理部３２は、電圧／電流検出部４６からの信号に基づいて、蓄電部４０の蓄電電力および太陽電池６の発電電力を推定する。そして、蓄電電力および発電電力のいずれもが所定値以下となる場合には、演算処理部３２は、信号灯の輝度を昼間モードまで抑制する輝度制御指令を電圧調整部３４へ出力する。電圧調整部３４は、輝度制御指令を受けて、各信号灯器１０の信号灯に対して所定のタイミングで所定の電圧をもつ電力信号を与える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの電源供給を必要としない交通信号システムであって、
１または２以上の信号灯からなる信号灯器と、
前記信号灯の点滅を制御する制御部と、
前記信号灯器および前記制御部に電力を供給する太陽電池と、
前記太陽電池と接続される蓄電部とを備え、
前記制御部は、夜間において前記信号灯の輝度を抑制し、かつ、昼間において前記蓄電部の蓄電電力および前記太陽電池の発電電力に応じて前記信号灯の輝度を抑制し、前記信号灯器の低消費電力化を図る輝度抑制手段を含む、交通信号システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記蓄電部の蓄電電力が前記所定値以下となった場合に、その情報を外部へ送信する第１の送信手段をさらに含む、請求項１に記載の交通信号システム。
【請求項３】
前記制御部は、
前記蓄電部の蓄電電力および／または前記太陽電池の発生電力のデータを収集する収集手段と、
前記収集手段において収集されたデータを所定の周期毎に外部へ送信する第２の送信手段とをさらに含む、請求項１または２に記載の交通信号システム。
【請求項４】
前記太陽電池は、前記信号灯器の上面に配置される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の交通信号システム。
【請求項５】
前記信号灯は、ＬＥＤからなる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の交通信号システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は交通信号システムに関し、特に商用電源を必要としない交通信号システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
交通信号システムの分野では、青色ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）の実用化や高輝度ＬＥＤの実用化といった技術進歩に伴い、信号灯のＬＥＤ化が進んでいる。
【０００３】
ＬＥＤは、従来の白熱灯に比べて消費電力が少なく、連続稼動する交通信号システムにとっては、運転コストを大幅に抑制できる利点がある。
【０００４】
また、ＬＥＤは、従来の白熱灯に比べて寿命が大幅に長く、保守点検の時間を確保することが困難な信号システムにとっては、信頼性の向上および保守点検費用を抑制できる利点がある。
【０００５】
そのため、多くの交通信号システムにおいて、白熱灯からＬＥＤへの置換えが進んでいる。
【０００６】
一方、近年の太陽電池の変換効率向上に伴い、太陽電池を備え、その太陽電池から供給される電力を受けて省エネルギーを図る交通信号システムが考案されている。
【０００７】
特に、ＬＥＤと太陽電池とは、いずれも半導体内のエネルギー遷移により生じる光と電力との相互変換を利用したものであるため、寄与する電力が同程度となり、太陽電池の発生電力だけでＬＥＤの消費電力をまかなうことが可能である。そのため、太陽電池が電力を発生している場合には、その発生している電力だけで動作する交通信号システムが考案されている。
【０００８】
特許文献１には、太陽電池、太陽電池によって充電される蓄電池および外部電源を動作電源として備え、各電源の電圧に応じていずれかの電源を選択し、その選択された電源で動作する交通信号システムが示されている。
【０００９】
特許文献２には、太陽電池などからなる主電源から供給される電力により動作し、主電源からの電力供給量が不足する場合には商用電源から電力を補う交通信号システムが示されている。
【特許文献１】特開平０４−３３４９３３号公報
【特許文献２】特開２００３−２８１６９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
交通信号システムを商用電源の供給区域から離れた山間部などに設置する場合には、電源線を供給区域から敷設する必要があり、コストを要し、かつ工事期間も長期化するといった問題がある。
【００１１】
そこで、外部からの電源供給を必要とせず、太陽電池が発生する電力のみで動作する、いわゆる電源自立型の交通信号システムの実現が期待されている。
【００１２】
さらに、電源自立型の交通信号システムは、災害発生に伴う長期間の停電時にも動作を継続できるので、都市防災の観点からも注目されている。
【００１３】
しかしながら、従来の太陽電池を備える交通信号システムは、省エネルギーを目的としたものであり、太陽電池から供給される電力を補うために商用電源が必要であった。そのため、従来の太陽電池を備える交通信号システムにおいて、単に商用電源の供給を行わないようにしただけでは、電力不足によるシステム停止が懸念される。
【００１４】
したがって、従来の太陽電池を備える交通信号システムでは、電源自立型の交通信号システムを実現することはできなかった。
【００１５】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、信頼性の高い電源自立型の交通信号システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明によれば、外部からの電源供給を必要としない交通信号システムであって、１または２以上の信号灯からなる信号灯器と、信号灯の点滅を制御する制御部と、信号灯器および制御部に電力を供給する太陽電池と、太陽電池と接続される蓄電部とを備える交通信号システムである。制御部は、夜間において信号灯の輝度を抑制し、かつ、昼間において蓄電部の蓄電電力および太陽電池の発電電力に応じて信号灯の輝度を抑制し、信号灯器の低消費電力化を図る輝度抑制手段を含む。
【００１７】
好ましくは、制御部は、蓄電部の蓄電電力が所定値以下となった場合に、その情報を外部へ送信する第１の送信手段をさらに含む。
【００１８】
好ましくは、制御部は、蓄電部の蓄電電力および／または太陽電池の発生電力のデータを収集する収集手段と、収集手段において収集されたデータを所定の周期毎に外部へ送信する第２の送信手段とをさらに含む。
【００１９】
好ましくは、太陽電池は、信号灯器の上面に配置される。
【００２０】
好ましくは、信号灯は、ＬＥＤからなる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、太陽電池の発電電力が期待できない夜間においては、周囲の明るさに適するように信号灯の輝度を抑制して低消費電力化を図る。また、昼間においては、蓄電部の蓄電電力および天候に依存する太陽電池の発電電力に応じて信号灯の輝度を抑制することで過剰な電力消費を回避する。よって、電力の供給元が太陽電池だけであっても、電力不足によるシステム停止が生じない、信頼性の高い電源自立型の交通信号システムを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２３】
図１は、実施の形態に従う交通信号システム１００の概略構成図である。
【００２４】
図１を参照して、交通信号システム１００は、複数の信号灯器１０および太陽電池６と、交通信号制御装置４とからなる。
【００２５】
信号灯器１０の各々は、互いに表示色の異なる複数の信号灯２を備え、交通信号制御装置４から電力信号を受けて、信号灯２の各々を点滅させる。なお、信号灯２の各々は、複数のＬＥＤで構成される。そして、ＬＥＤの発光量は、交通信号制御装置４から与えられる電力信号の電圧に応じて変化するため、それに伴い信号灯２の輝度も変化する。さらに、信号灯２の輝度に応じて、信号灯器１０における消費電力が決まる。
【００２６】
また、信号灯器１０の各々は、車両用の信号灯器１０．１または歩行者用の信号灯器１０．２に分類され、交通信号システム１００が設置される交差点に応じてその種類および台数が決定される。
【００２７】
図２は、標準的な十字交差点における信号灯器１０の配置を示す図である。
【００２８】
図２を参照して、標準的な十字交差点は４つの交通路で構成される。そして、それぞれの交通路に対して、２個の車両用の信号灯器１０．１および２個の歩行者用の信号灯器１０．２が配置される。
【００２９】
そのため、標準的な十字交差点に設置される交通信号システム１００は、８個の車両用の信号灯器１０．１と８個の歩行者用の信号灯器１０．２とからなる合計１６個の信号灯器１０を備える。
【００３０】
図３は、実施の形態に従う車両用の信号灯器１０．１の外観図である。
【００３１】
図３を参照して、信号灯器１０．１は、水平方向に配置された、それぞれ「赤」「青」「黄」の３つの信号灯２．１からなる。また、信号灯器１０．１の上面には、太陽電池６が配置される。
【００３２】
図４は、実施の形態に従う歩行者用の信号灯器１０．２の外観図である。
【００３３】
図４を参照して、信号灯器１０．２は、垂直方向に配置された、それぞれ「赤」「青」の２つの信号灯２．２からなる。また、信号灯器１０．２の上面には、太陽電池６が配置される。
【００３４】
図１、図３および図４を参照して、太陽電池６は、それぞれ信号灯器１０の上面に配置される。そして、太陽電池６の各々は、受けた太陽光に応じて電力を発生し、その発生した電力を交通信号制御装置４へ供給する。なお、太陽電池６の発生電力を増大させるために、太陽電池６の受光面を太陽の動きに追従させるための駆動装置を設けてもよい。
【００３５】
さらに、非晶質（アモルファス）物質などからなる太陽電池を用いることにより、所望の形状の太陽電池を得ることができる。そのため、信号灯器１０のひさしを兼ねるように太陽電池６を配置してもよい。
【００３６】
なお、太陽電池６は、信号灯器１０および制御部３０の消費電力より多くの電力を発生可能であることが望ましい。
【００３７】
図１を参照して、交通信号制御装置４は、蓄電部４０と、制御部３０とからなる。
【００３８】
蓄電部４０は、太陽電池６全体から供給される電力のうち信号灯器１０および制御部３０で消費されない余剰電力を蓄え、太陽電池６全体から供給される電力が不足する場合にその不足電力を補償する。また、蓄電部４０は、バッテリー部４２と、充電制御部４４と、電圧／電流検出部４６とからなる。
【００３９】
バッテリー部４２は、充電制御部４４から供給される電力と信号灯器１０および制御部３０で消費される電力とに応じて、充電または放電を行う。また、バッテリー部４２は、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ニッケルカドミウム電池およびニッケル水素電池などの二次電池や電気二重層コンデンサ（スーパーキャパシタ）などの蓄電素子からなる。
【００４０】
充電制御部４４は、太陽電池６の各々から供給される電力を所定の電圧に変換した後、バッテリー部４２へ供給する。また、充電制御部４４は、いずれかの太陽電池６の供給電圧が低下した場合には、バッテリー部４２からその太陽電池６へ電力が逆流しないように当該回路の接続を開放する。
【００４１】
電圧／電流検出部４６は、充電制御部４４とバッテリー部４２との間に介挿される。そして、電圧／電流検出部４６は、バッテリー部４２の電圧を検出し、かつ、充電制御部４４からバッテリー部４２へ供給される電流を検出する。さらに、電圧／電流検出部４６は、検出した電圧および電流の値を制御部３０へ出力する。
【００４２】
制御部３０は、蓄電部４０から供給される電力を受けて、所定の信号制御パラメータ（サイクル、スプリット、オフセット）に従い、各信号灯器１０のそれぞれの信号灯２を点滅させる。
【００４３】
ところで、人間の視覚による視認性は、視野内に存在する対象物と背景との相対的な明るさの比に応じて決まる。そのため、昼と夜では背景の明るさが大きく異なるので、同一の輝度をもつ信号灯２に対する視認性は大きく変化する。すなわち、背景が暗い夜間では、信号灯２に対する視認性が過大となり、運転者および歩行者がまぶしいと感じることもある。そこで、制御部３０は、背景の暗い夜間においては、信号灯２の輝度を抑制することで、運転者および歩行者の視認性を昼間とほぼ同一に保ちながら、同時に低消費電力化を図る。
【００４４】
なお、本発明における「夜間」とは「昼間」に対する用語であって、一日の中で、所定の明るさ以上となる時間帯を「昼間」と定義し、それ以外の時間帯を「夜間」と定義する。
【００４５】
一方、交通信号システムは、車両および歩行者の交通路の通行を管制し事故を未然に防止する重要な装置である。そのため交通信号システムには、連続稼動できる高い信頼性が要求される。
【００４６】
しかし、太陽電池６は、太陽光に応じた電力しか発生できないので、天候不順が長期化すると電力不足が懸念される。そこで、制御部３０は、蓄電部４０の蓄電電力を監視し、蓄電電力が低下した場合には、運転者および歩行者の視認性に支障を与えない限度で各信号灯２の輝度を抑制して低消費電力化を図ることにより、電力不足によるシステム停止を回避する。但し、蓄電部４０の蓄電電力が低下している場合でも、蓄電部４０に対して十分に余剰電力が供給されている場合には、制御部３０は、通常の輝度で各信号灯２を点滅させる。
【００４７】
また、制御部３０は、蓄電部４０の蓄電電力が低下したことを外部の保守部門に対して通知し、万が一のシステム停止を予防するための処置を促す。さらに、制御部３０は、蓄電部４０の蓄電電力および太陽電池６の発電電力のデータを収集し、定期的に外部の保守部門に対して送信することにより、太陽電池６や蓄電部４０の故障などの遠隔監視を可能にする。
【００４８】
制御部３０は、記憶部３６と、演算処理部３２と、電圧調整部３４と、照度検出部５０と、通信部５２と、アンテナ部５４とからなる。
【００４９】
記憶部３６は、演算処理部３２から受けたデータを格納し、要求に応じて格納しているデータを演算処理部３２へ出力する。
【００５０】
演算処理部３２は、所定の信号制御パラメータに従い、信号灯器１０の各信号灯２の点滅タイミングを制御するための点滅制御指令を生成する。そして、演算処理部３２は、照度検出部５０および電圧／電流検出部４６から受けた信号に基づいて輝度抑制処理を実行し、各信号灯２の輝度を制御するための輝度制御指令を生成し、点滅制御指令とともに電圧調整部３４へ出力する。また、演算処理部３２は、蓄電部４０から受けた電力を分配し、電圧調整部３４へ供給する。
【００５１】
さらに、演算処理部３２は、電圧／電流検出部４６から受けた電圧値から蓄電部４０の蓄電電力を推定し、電圧／電流検出部４６から受けた電圧値と電流値とから太陽電池６全体の発電電力を推定する。
【００５２】
なお、バッテリー部４２の電圧値と蓄電部４０の蓄電電力との間には、バッテリー部４２に依存する一定の関係が成立するため、あらかじめ取得したその関係を用いて、蓄電部４０の蓄電電力を推定する。また、太陽電池６から出力される電力は、直流であるため、電圧／電流検出部４６から受けた電圧値と電流値との積により、太陽電池６全体の発電電力を推定する。
【００５３】
そして、演算処理部３２は、蓄電部４０の蓄電電力が所定値以上であるか否かを判断し、蓄電電力が所定値以下に低下した場合には、その情報を通信部５２を介して外部へ送信する。また、演算処理部３２は、推定した蓄電部４０の蓄電電力および太陽電池６全体の発電電力のデータを記憶部３６へ格納する。そして、演算処理部３２は、所定の時間毎に、記憶部３６へ格納したデータを通信部５２を介して外部へ送信する。
【００５４】
電圧調整部３４は、演算処理部３２から受けた点滅制御指令および輝度制御指令に従い、各信号灯器１０のそれぞれの信号灯２に対して所定のタイミングで所定の電圧をもつ電力信号を与える。また、電圧調整部３４は、たとえば、スイッチングレギュレータや半波整流ブリッジなどを用いることにより電圧調整を実現できる。
【００５５】
照度検出部５０は、交通信号システム１００が配置されている周囲の明るさを検出し、その検出した値を演算処理部３２へ出力する。
【００５６】
通信部５２は、演算処理部３２からデータを受けて、そのデータで変調した無線周波数の信号を生成しアンテナ部５４へ出力する。
【００５７】
アンテナ部５４は、通信部５２から無線周波数の信号を受け、空間を介してその無線信号を外部の通報先へ送信する。
【００５８】
実施の形態に従う交通信号システム１００において、制御部３０とすべての信号灯器１０との消費電力の合計値は約３００Ｗである。一方、太陽電池６全体の最大発生電力は、約８００Ｗである。
【００５９】
なお、信号灯器１０の機能上、同一の信号灯器１０に含まれる複数の信号灯２のうち、同時に２つ以上の信号灯２が点灯されることはない。そのため、点滅タイミングによらず、交通信号システム１００全体の消費電力は時間的にほぼ一定となる。
【００６０】
図５は、この発明の実施の形態に従う交通信号システム１００の演算処理部３２における輝度抑制処理のフローチャートである。
【００６１】
図５に示す輝度抑制処理において、「夜間モード」とは、夜間において運転者および歩行者の視認性に支障を与えない程度の輝度を意味し、「昼間モード」とは、昼間において運転者および歩行者の視認性に支障を与えない程度の輝度を意味する。いずれのモードも交通信号システム１００が配置される周囲の環境などにより決定される。通常の場合では、「昼間モード」より「夜間モード」の方がより輝度を抑制できる。
【００６２】
また、蓄電部４０の蓄電電力の所定値とは、たとえば、通常の輝度で各信号灯２を点滅させた場合における数時間分の消費電力とすることができる。さらに、太陽電池６の発電電力の所定値とは、通常の輝度で各信号灯２を点滅させた場合における消費電力の１．２〜１．３倍とすることができる。
【００６３】
図５を参照して、演算処理部３２は、照度検出部５０からの信号に基づいて、周囲の照度が所定値以上か否かを判断する（ステップＳ１００）。すなわち、演算処理部３２は、照度検出部５０からの信号に基づいて、昼間または夜間のいずれであるかを判断する。
【００６４】
周囲の照度が所定値以上でない場合（ステップＳ１００においてＮＯの場合）、すなわち夜間である場合には、演算処理部３２は、信号灯２の輝度を夜間モードまで抑制する輝度制御指令を電圧調整部３４へ出力する（ステップＳ１０２）。そして、演算処理部３２は、処理を終了する。
【００６５】
周囲の照度が所定値以上である場合（ステップＳ１００においてＹＥＳの場合）、すなわち昼間である場合には、推定した蓄電部４０の蓄電電力に基づいて、蓄電部４０の蓄電電力が所定値以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０４）。
【００６６】
蓄電部４０の蓄電電力が所定値以上でない場合（ステップＳ１０４においてＮＯの場合）には、演算処理部３２は、推定した太陽電池６の発電電力に基づいて、太陽電池６の発電電力が所定値以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０６）。
【００６７】
蓄電部４０の蓄電電力が所定値以上である場合（ステップＳ１０４においてＹＥＳの場合）、または、太陽電池６の発電電力が所定値以上である場合（ステップＳ１０６においてＹＥＳの場合）には、演算処理部３２は、信号灯２の輝度を通常とする輝度制御指令を電圧調整部３４へ出力する（ステップＳ１０８）。そして、演算処理部３２は、処理を終了する。
【００６８】
太陽電池６の発電電力が所定値以上でない場合（ステップＳ１０６においてＮＯの場合）には、演算処理部３２は、信号灯２の輝度を昼間モードまで抑制する輝度制御指令を電圧調整部３４へ出力する（ステップＳ１１０）。そして、演算処理部３２は、処理を終了する。
【００６９】
演算処理部３２は、以上の処理を一定周期で繰返す。
【００７０】
上述の交通信号システム１００においては、各信号灯２へ与える電力信号の電圧値を制御することにより、信号灯２の輝度を調整する場合について説明したが、信号灯２の各々は、複数のＬＥＤから構成されるため、所望する輝度に応じて複数のＬＥＤのうち所定の個数だけを点滅させる構成としてもよい。
【００７１】
また、上述の交通信号システム１００においては、演算処理部３２は、照度検出部５０から受けた周囲の明るさに応じて、信号灯２の輝度を調整する場合について説明したが、照度検出部５０に代えてカレンダー機能を有する時計部を設けてもよい。この場合、記憶部３６は、日付と日出時刻および日入時刻とを対応付けて格納する。そして、演算処理部３２は、時計部から日付および時刻を受けて、その日付に対応する日出時刻および日入時刻を記憶部３６から読出し、その時刻に応じて昼間か夜間かを判断し、輝度抑制処理を実行する。
【００７２】
さらに、上述の交通信号システム１００においては、無線通信手段により外部の通報先へデータを送信する場合について説明したが、無線通信手段に代えて有線通信手段を用いてもよい。
【００７３】
実施の形態によれば、太陽電池の発電電力が期待できない夜間においては周囲の明るさを考慮して視認性に影響を与えない程度に信号灯の輝度を抑制して低消費電力化を図り、昼間においては蓄電部の蓄電電力および天候に依存する太陽電池の発電電力に応じて信号灯の輝度を抑制して過剰な電力消費を回避する。したがって、電力の供給元が太陽電池だけであっても、電力不足によるシステム停止が生じない、信頼性の高い電源自立型の交通信号システムを実現できる。
【００７４】
また、実施の形態によれば、蓄電部の蓄電電力が低下したことを外部の保守部門に対して通知し、かつ、蓄電部の蓄電電力および太陽電池の発電電力のデータを収集して定期的に外部の保守部門に対して送信する。したがって、保守部門は、蓄電電力の低下を知ることで万が一のシステム停止を予防するための処置を実施することができ、また、蓄電電力や発電電力のデータから蓄電部や太陽電池などの故障といった、その前兆を把握することができるため、高い保守性をもち、信頼性をより高めた電源自立型の交通信号システムを実現できる。
【００７５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】実施の形態に従う交通信号システムの概略構成図である。
【図２】標準的な十字交差点における信号灯器の配置を示す図である。
【図３】実施の形態に従う車両用の信号灯器の外観図である。
【図４】実施の形態に従う歩行者用の信号灯器の外観図である。
【図５】この発明の実施の形態に従う交通信号システムの演算処理部における輝度抑制処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００７７】
２，２．１，２．２  信号灯、４  交通信号制御装置、６  太陽電池、１０，１０．１，１０．２  信号灯器、３０  制御部、３２  演算処理部、３４  電圧調整部、３６  記憶部、４０  蓄電部、４２  バッテリー部、４４  充電制御部、４６  電流検出部、５０  照度検出部、５２  通信部、５４  アンテナ部、１００  交通信号システム。
【図１】
2006146295.tif 000003
【図２】
2006146295.tif 000004
【図３】
2006146295.tif 000005
【図４】
2006146295.tif 000006
【図５】
2006146295.tif 000007